纤维素 | 高强高韧再生纤维素膜制备方法

文摘 2025-01-05 08:39 山西

纤维素是世界上储量丰富的天然高分子材料，具有广泛的来源和应用前景。然而，其不熔融且难以溶解在普通溶剂中的特性，导致加工性能较差，限制了其在更多领域的高效应用。

近年来，多种纤维素的绿色溶剂体系如离子液体、NMMO、碱脲体系等逐渐发展起来。这些绿色溶剂能够直接溶解纤维素形成溶液，溶液在凝固浴中转变为纤维素凝胶，进而通过干燥可制备不同的再生纤维素材料，如薄膜和纤维等，为纤维素的加工提供了新的途径和方法。

近日，中国科学院化学研究所在材料科学领域取得重要突破，成功研发出一种高强高韧再生纤维素膜，其制备方法已申请专利（申请号：202310729770.9，公布号：CN 119161608 A，发明人包括张军、李元昊、宋广杰等）。该发明基于绿色溶剂体系，通过控制凝固浴条件，并调节干燥条件，成功制备出性能优异的纤维素薄膜。结果表明，通过将水凝胶用有机溶剂（如乙醇）置换，再用湿润热空气吹干（烘箱烘干）的工艺，该再生纤维素膜的断裂伸长率显著提高，可达 20 - 45%，同时保持了较好的强度（120 - 145MPa）和模量（3000 - 5500MPa）。这一成果有效解决了传统提高纤维素薄膜断裂伸长率策略中强度和模量下降的问题，实现了高强高韧的特性。

制备方法

实施例 1

制备纤维素溶液：在 80℃真空条件下，取 DP 值为 817 的木浆纤维素 14g 和纯净的 AmimCl 离子液体 186g，用捏合机溶解，得到浓度为 7% 的纤维素溶液。

制备纤维素凝胶膜：在 105℃条件下，将不含有气泡的溶液用铺膜器铺成 500μm 的膜，用水做凝固浴并反复洗涤干净得到水凝胶膜，再用无水乙醇置换和洗涤多次得到不含水的乙醇凝胶膜。

制备高力学性能再生纤维素膜：为防止收缩，将乙醇凝胶膜用胶布固定四边在玻璃板上，放入 60℃、湿度为 40% 的恒温恒湿鼓风烘箱中，得到的干膜（水浴乙醇置换膜）在 25℃、50% 条件下平衡 24 小时再进行测试。

实施例 2

制备纤维素溶液：同实施例 1，在 80℃真空条件下，取 DP 值为 817 的木浆纤维素 14g 和纯净的 AmimCl 离子液体 186g，用捏合机溶解，得到浓度为 7% 的纤维素溶液。

制备纤维素凝胶膜：在 105℃条件下，将不含有气泡的溶液用铺膜器铺成 500μm 的膜，用水做凝固浴并反复洗涤干净得到水凝胶膜。

制备高力学性能再生纤维素膜：为防止收缩，将水凝胶膜用胶布固定四边在玻璃板上，直接放入 60℃、湿度为 40% 的恒温恒湿鼓风烘箱中，得到的干膜（水浴膜）在 25℃、50% 条件下平衡 24 小时再进行测试。

实施例 3

制备纤维素凝胶膜：在 105℃条件下，将不含有气泡的溶液用铺膜器铺成 500μm 的膜，用乙醇做凝固浴并反复洗涤干净得到乙醇凝胶膜。

制备高力学性能再生纤维素膜：为防止收缩，将乙醇凝胶膜用胶布固定四边在玻璃板上，放入 60℃、湿度为 40% 的恒温恒湿鼓风烘箱中，得到的干膜（乙醇浴膜）在 25℃、50% 条件下平衡 24 小时再进行测试。

将实施例1‑3制得的再生纤维素膜进行力学性能测试，结果如下图所示。

从图中可以看出：本发明实施例1制备得到的再生纤维素膜(水浴乙醇置换膜)的断裂伸长率为45％，强度为132MPa，弹性模量为3500MPa；

实施例2制得的再生纤维素膜(水浴膜)的断裂伸长率为20 .5％，强度为143MPa，弹性模量为4700MPa；

实施例3制得的再生纤维素膜(乙醇浴膜)的断裂伸长率为26％，强度为130MPa，弹性模量为5200MPa。

由此表明本发明通过将水凝胶用有机溶剂(例如乙醇)置换，再用湿润热空气吹干，可进一步显著提升再生纤维素干膜的断裂伸长率，且保持较高的强度和弹性模量。

-作者介绍-

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